DE2719205C2

DE2719205C2 -

Info

Publication number: DE2719205C2
Application number: DE2719205A
Authority: DE
Inventors: Alfred Jack Newton Center Mass. Us Appelbaum; Michael Joseph Merrimack N.H. Us Collins; Jerome Donald Framingham Mass. Us Hanfling
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1976-05-03
Filing date: 1977-04-29
Publication date: 1991-05-23
Also published as: CA1085956A; US4047179A; GB1537019A; FR2350706A1; NL7704732A; FR2350706B1; IT1086697B; JPS60803B2; NL181615C; NL181615B; DE2719205A1; JPS52134351A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schlitzantennenanordnung für ein Kennungsabfragesystem mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Patentanspruch 1. Eine Schlitzantennenanordnung dieser Art ist aus der US-Patentschrift 38 06 945 bekannt.The invention relates to a slot antenna arrangement for a Identification query system with the characteristics of the generic term of claim 1. A slot antenna arrangement of this Art is known from US Patent 38 06 945.

Zum besseren Verständnis der Erfindung seien folgende allge meine Betrachtungen vorausgeschickt:For a better understanding of the invention, the following are general my considerations ahead:

In der Radartechnik sind Einrichtungen zur Kennungsabfrage oder IFF-Anlagen bekannt, welche es ermöglichen, zwischen Radarechosignalen von eigenen Flugzeugen oder Freundflugzeugen und solchen von nicht identifizierten oder feindlichen Flugzeugen zu unterscheiden. Verschiedene Einrichtungen sind so ausgebildet, daß von Hilfseinrichtungen einer Radaranlage ein Abfragesignal gegen ein das Zielobjekt bildendes Flug zeug hin ausgesendet wird, wonach, wenn es sich bei dem Flug zeug um ein eigenes oder ein Freundflugzeug handelt, ein in richtiger Weise codiertes Antwortsignal von einem Transponder des betreffenden Flugzeugs empfangen wird. Um nun den appara tiven Aufwand der auf dem eigenen Flugzeug mitzuführenden Teile der IFF-Anlage auf ein Minimum zu beschränken und die notwen digen Hilfseinrichtung des Bodenradars zu vereinfachen, hat man für die IFF-Anlagen ein einziges Frequenzband freigehalten. Zwar ermöglicht diese Vereinheitlichung den Bau zufrieden stellend arbeitender IFF-Anlagen, welche in Verbindung mit Radaranlagen beliebiger Frequenz eingesetzt werden können, doch treten bestimmte technische Schwierigkeiten auf, die sich mit bekannten IFF-Anlagen nicht beseitigen lassen.In radar technology there are facilities for requesting identifications or IFF facilities known, which make it possible between Radar echo signals from your own aircraft or friend aircraft and those of unidentified or hostile ones Distinguish aircraft. Different facilities are trained so that auxiliary equipment of a radar system an interrogation signal against a flight forming the target object stuff is sent out, according to if it is in the flight stuff is your own or a friend 's plane, a in correctly coded response signal from a transponder of the aircraft in question is received. Now the appara tive expense of the parts to be carried on your own aircraft the IFF facility to a minimum and the necessary to simplify the ground radar auxiliary device a single frequency band is kept free for the IFF facilities. This standardization allows the construction to be satisfied working IFF systems, which in connection with Radar systems of any frequency can be used, but there are certain technical difficulties that arise cannot be eliminated with known IFF systems.

Eine derartige Schwierigkeit besteht mitunter darin, daß von einem Freundflugzeug oder eigenen Flugzeug eine Kennungsantwort empfangen wird, welchem an sich kein Abfragesignal zugesandt worden ist. Eine derartige Kennungsantwort kann in Abwesenheit geeigneter Maßnahmen dann auftreten, wenn ein Freundflugzeug sich in einer Seitenkeule des Strahlungsdiagramms des am Orte des Radargerätes befindlichen IFF-Abfragesenders aufhält. Eine Möglichkeit zur Unterdrückung einer Kennungsantwort eines Freundflugzeuges, das sich in einem Seitenmaximum des IFF- Abfragesenders befindet, besteht darin, einen Abfragecode auszu senden, welcher nicht die Erzeugung einer Kennungsantwort ver ursacht. Wenn also beispielsweise ein bestimmter Unterschied im Leistungspegel zwischen Teilen des Abfragecodes in der Form auftritt, wie er von einem Transponder eines Freundflugzeuges empfangen wird, so kann dieser Transponder für Erzeugung einer Kennungsantwort gesperrt werden. Wenn also ein erster Teil eines Abfragecodes über eine nach allen Richtungen strah lende Antenne mit einer Leistung ausgesendet wird, welche gleich dem Leistungspegel eines entsprechenden ersten Teiles in dem ersten Seitenmaximum einer Richtantenne ist, während der übrige Teil des Abfragecodes über die genannte Richtantenne ausgestrahlt wird, so ermöglichen einfache Signalverarbeitungs schaltungen im Transponder des Freundflugzeuges zu bestimmen, ob sich das Flugzeug nun in der Hauptstrahlungskeule des Strahlungsdiagramms oder im ersten Seitenmaximum des Strah lungsdiagramms der betreffenden Richtantenne befindet. Der Transponder des Freundflugzeuges wird eingeschaltet, wenn sich das Flugzeug in der Hauptstrahlungskeule befindet, während der Transponder gesperrt wird, wenn sich das Flugzeug in dem Seitenmaximum aufhält.One such difficulty is that of an ID response on a friend plane or own plane is received, to which no query signal is sent per se has been. Such an identifier response can be absent Appropriate measures occur when a friend plane itself in a side lobe of the radiation pattern at the place of the radar device located IFF interrogator. A Possibility to suppress an identifier response from a Friend plane, which is in a side maximum of the IFF Polling station is to issue a poll code send, which does not ver the generation of an identification response causes. So if, for example, a certain difference in Power level between parts of the query code in the form occurs as from a transponder of a friend plane is received, this transponder can be used for generation an ID response can be blocked. So if a first Part of a query code across a beam in all directions antenna is transmitted with a power which equal to the power level of a corresponding first part is in the first side maximum of a directional antenna, while the remaining part of the query code via the directional antenna mentioned is broadcast, so enable simple signal processing determine circuits in the transponder of the friend plane, whether the aircraft is now in the main radiation lobe of the Radiation diagram or in the first side maximum of the beam tion diagram of the relevant directional antenna. The The friend plane's transponder is turned on when the aircraft is in the main lobe during the Transponder is locked when the aircraft is in the Side maximum stops.

Eine andere Maßnahme sieht vor, über eine Richtantenne einen ersten Teil des Abfragecodes in einem Summenkanal und den zweiten Teil des Abfragecodes über einen Differenzkanal auszu senden. Wiederum ermöglichen einfache Signalverarbeitungsschal tungen im Transponder des Flugzeugs eine Unterscheidung dahin gehend, ob sich das betreffende Flugzeug in der Hauptstrahlungs keule oder in einem Seitenmaximum des Strahlungsdiagramms der Richtantenne aufhält. Nachteilig ist, daß in vielen Fällen der von einer nach allen Richtungen strahlenden Antenne benötigte Raum nicht zur Verfügung steht oder die Eigenschaften einer Richtantenne zur Aussendung einer Differenzcharakteristik für diesen Anwendungsfall nicht gut genug sind.Another measure provides for a directional antenna first part of the query code in a summation channel and the to execute the second part of the query code via a differential channel send. Again allow simple signal processing scarf a distinction in the transponder of the aircraft going whether the aircraft in question is in the main radiation club or in a side maximum of the radiation diagram of the Directional antenna stops. The disadvantage is that in many cases from an antenna radiating in all directions Space is unavailable or the characteristics of one Directional antenna for transmitting a differential characteristic for this use case are not good enough.

Die aus der oben erwähnten US-Patentschrift bekannte Schlitzan tennenanordnung enthält eine Antennenelementreihe deren einzel nen Antennenelemente zwischen geerdeten Leiterbelägen verlaufende Streifenleiter und quer dazu verlaufende Strahlerschlitze enthalten, über die ein Abfragesignal mit der Frequenz f₁ aus gesendet und in demselben Frequenzband ein Kennungssignal mit der Frequenz f₂ von einem Freundflugzeug her empfangen werden kann. Den Streifenleitern zugeordnete Leiterbeläge bilden bei der bekannten Anordnung Wandteile von Resonanzhohlräumen, die den einzelnen Strahlerschlitzen jeweils zugeordnet sind. Beim Senden und beim Empfang mit jeweils unterschiedlicher Frequenz ergibt sich bei der bekannten Schlitzantennenanordnung ein mit unter nicht zufriedenstellender Wirkungsgrad.The slit known from the aforementioned U.S. patent Tennenanordnung contains an antenna element row the individual NEN antenna elements between grounded conductor coverings Stripline and radiator slots running across it included, from which a query signal with the frequency f 1 sent and in the same frequency band with an identification signal the frequency f₂ are received by a friend plane can. Conductor coverings assigned to the strip conductors form in the known arrangement wall parts of resonance cavities, the are assigned to the individual radiator slots. At the Send and receive with different frequencies results in a with the known slot antenna arrangement under unsatisfactory efficiency.

Durch die Erfindung soll demgemäß die Aufgabe gelöst werden, eine Schlitzantennenanordnung mit den Merkmalen des Oberbe griffes von Patentanspruch 1 so weiterzubilden, daß die An regung der Schlitze verbessert wird und der Wirkungsgrad beim Senden und beim Empfang erhöht wird.Accordingly, the object of the invention is to be achieved a slot antenna arrangement with the features of the Oberbe handles of claim 1 so that the An excitation of the slits is improved and the efficiency at Sending and receiving is increased.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Anordnung erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This task is carried out in a generic arrangement according to the invention in the characterizing part of claim 1 specified features solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 4.Advantageous embodiments are the subject of the claims 2 to 4.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigtA preferred embodiment is shown below Described with reference to the drawing. It shows

Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung eines Antennen systems in einer IFF-Anlage, Fig. 1 is a diagrammatic representation of an antenna system in an IFF system,

Fig. 1A eine perspektivische Darstellung eines Antennen elementes des Systems nach Fig. 1, Fig. 1A is a perspective view of an antenna element of the system of Fig. 1,

Fig. 2 eine schaubildliche, teilweise aufgebrochen wiedergegebene Darstellung eines Teiles eines An tennenelmentes gemäß Fig. 1A zur Darstellung der Strahlerschlitze, der Resonanzhohlräume und der Streifenleitereinspeisung in ihrer gegen seitigen Zuordnung und Fig. 2 is a diagrammatic representation, partially broken away, of a part of an antenna element according to FIG. 1A to illustrate the radiator slots, the resonance cavities and the stripline feed in their mutual assignment and

Fig. 3 ein Ersatzschaltbild der Anordnung nach Fig. 2. Fig. 3 is an equivalent circuit diagram of the arrangement according to FIG. 2.

Aus Fig. 1 ist zu ersehen, daß bei dem hier gewählten Ausfüh rungsbeispiel eine IFF-Anlage der vorliegend vorgeschlagenen Art in Verbindung mit einer nicht näher bezeichneten, ortsbeweg lichen Radaranlage verwendet wird, um ein Flugzeug 10 als Freundflugzeug oder als feindliches Flugzeug identifizieren zu können. Hierzu sind eine phasengesteuerte Antennenelementanord nung 11 der Radaranlage und eine lineare Schlitzantennenanord nung der IFF-Anlage, welche mit der Bezugszahl 13 bezeichnet ist und nachfolgend beschrieben wird, in geeigneter Weise auf einer gemeinsamen Halterung 15 befestigt. Letztere, welche in durchgehenden Linien in ihrer Betriebsstellung gezeigt ist, ist an einem Unterbau 17 befestigt, der auf einem Fahrgestell 19 montiert ist. Der Sender und der Empfänger der Radaranlage, welche beide nicht gezeigt sind, befinden sich innerhalb des Unterbaus 17. Geeignete Verbindungen, welche in Fig. 1 nicht gezeigt sind, ermöglichen die Aussendungen, den Empfang und die Verarbeitung der von der phasengesteuerten Antennenelementanord nung 11 ausgesendeten bzw. empfangenen Radarsignale. Ein Aus führungsbeispiel der IFF-Schlitzantennenanordnung 13 wird nach folgend im einzelnen beschrieben. Es sei hier zunächst gesagt, daß die lineare Schlitzantennenanordnung 13 über geeignete, zu sammengefaßte Leitungen, welche nicht dargestellt sind, so beschaltet ist, daß ihr Richtstrahl aufgrund der Verbindung mit einem in dem Unterbau 17 befindlichen IFF-Sender und IFF-Empfänger (beide nicht dargestellt) gebündelt und gesteuert werden kann. Der IFF-Sender wird wiederum in geeigneter Weise so gesteuert, daß er erforderlichenfalls ein codiertes Abfragesignal aussendet, wobei ein Teil dieses Abfragesignales über den Summenkanal einer zusammengefaßten Monopuls-Antenneneinspeisung und ein zweiter Teil des Abfragesignals über den Differenzkanal der zusammengefaßten Monopuls-Antenneneinspeisung geführt wird. Es ergibt sich somit, daß das Verhältnis zwischen den Amplituden der beiden Teile des codierten Abfragesignales am Orte irgend eines im Raume gelegenen, bestrahlten Punktes als von der Lage dieses Punktes relativ zur Mittellinie des Richtstrahles abhängig angesehen wird, welcher sich ausbreitet, wenn der Summen kanal der zusammengefaßten Monopuls-Antenneneinspeisung benutzt wird. Mit anderen Worten, immer dann, wenn die Amplitude des ersten Teiles des codierten Abfragesignales an einem bestimmten Punkt im Raume höher als die Amplitude des zweiten Teiles dieses Abfragesignales ist, befindet sich der genannte Punkt innerhalb der Hauptstrahlungskeule des Strahlungsdiagramms, welches bei Benutzung des Summenkanals der Monopuls-Antenneneinspeisung entsteht. Im Gegensatz hierzu liegt der genannte Punkt außer halb der Hauptstrahlungskeule, wenn die Amplitude des ersten Teiles des Abfragesignales kleiner als die Amplitude des zweiten Teiles dieses Signales ist.From Fig. 1 it can be seen that in the exemplary embodiment chosen here, an IFF system of the type proposed here is used in conjunction with an unspecified, portable radar system in order to be able to identify an aircraft 10 as a friend or as an enemy aircraft . For this purpose, a phase-controlled antenna element arrangement 11 of the radar system and a linear slot antenna arrangement of the IFF system, which is designated by the reference number 13 and is described below, are fastened in a suitable manner to a common holder 15 . The latter, which is shown in solid lines in its operating position, is fastened to a substructure 17 which is mounted on a chassis 19 . The transmitter and the receiver of the radar system, both of which are not shown, are located within the substructure 17 . Suitable connections, which are not shown in FIG. 1, enable the transmission, reception and processing of the radar signals transmitted or received by the phase-controlled antenna element arrangement 11 . An exemplary embodiment of the IFF slot antenna arrangement 13 is described in detail below. It should first be said here that the linear slot antenna arrangement 13 is connected via suitable, combined lines, which are not shown, in such a way that its directional beam due to the connection with an IFF transmitter and IFF receiver located in the substructure 17 (neither shown) can be bundled and controlled. The IFF transmitter is in turn controlled in a suitable manner so that, if necessary, it emits a coded interrogation signal, a part of this interrogation signal being routed via the sum channel of a combined monopulse antenna feed and a second part of the interrogation signal via the difference channel of the combined monopulse antenna feed. It thus follows that the ratio between the amplitudes of the two parts of the coded interrogation signal at the location of any irradiated point in space is considered to be dependent on the position of this point relative to the center line of the directional beam, which spreads when the sum channel the combined monopulse antenna feed is used. In other words, whenever the amplitude of the first part of the coded interrogation signal at a certain point in space is higher than the amplitude of the second part of this interrogation signal, the point in question is located within the main lobe of the radiation diagram, which when using the sum channel of the Monopulse antenna feed occurs. In contrast, the point mentioned lies outside the main lobe if the amplitude of the first part of the interrogation signal is less than the amplitude of the second part of this signal.

Die im Flugzeug 10 befindlichen Teile der IFF-Anlage sind an sich bekannter Bauart und bestehen beispielsweise aus einer Antenne 10a und einem Transponder 10t. Letzterer enthält zusätzlich zu einem Empfänger und einem Sender logische Schalt kreise, um die Amplituden des ersten und des zweiten Teiles des codierten Abfragesignales zu bestimmen und in Abhängigkeit von dem Verhältnis zwischen diesen Amplituden den Sender des Trans ponders 10t entweder freizugeben oder zu sperren.The parts of the IFF system located in the aircraft 10 are of a known design and consist, for example, of an antenna 10 a and a transponder 10 t. The latter contains, in addition to a receiver and a transmitter, logic circuitry to determine the amplitudes of the first and second parts of the coded query signal and, depending on the ratio between these amplitudes, to either release or block the transmitter of the trans ponder 10 t.

Befindet sich die Halterung 15 in der in Fig. 1 durch strich punktierte Linien angedeuteten Verstaustellung oder Transport stellung, so soll die hier mit h_m bezeichnete Bauhöhe der phasengesteuerten Antennenelementanordnung 11 und der IFF-Schlitz antennenanordnung 13 möglichst gering sein. Um dies zu erreichen ist die Dicke der Antennenelemente der IFF-Schlitzantennenanordnung 13 senkrecht zu der Halterung 15 gemessen minimal.The holder 15 is in the stowed position or transport position indicated by dash-dotted lines in FIG. 1, the overall height of the phase-controlled antenna element arrangement 11 and the IFF slot antenna arrangement 13, designated here with h _m , should be as small as possible. In order to achieve this, the thickness of the antenna elements of the IFF slot antenna arrangement 13 perpendicular to the holder 15 is minimal.

Aus Fig. 1A ist zu erkennen, daß jedes Antennenelement ein Paar von Strahlerschlitzen 21a und 21b enthält, die in einer metallischen Deckplatte 23 vorgesehen sind und jeweils einem Resonanzhohlraum 25 zugeordnet sind, der die Strahlerschlitze 21a und 21b jeweils mit einem Einspeisungsansatz koppelt. Kopplungsabschnitte sind in Fig. 2 mit 38a und 38b bezeichnet. Jeder der Einspeisungsansätze ist über eine Streifenleitung mit einem an sich bekannten Phasenschieber verbunden. Steuersignale für die einzelnen Phasenschieber werden über ein Kabel 29 zuge führt und Hochfrequenzsignale für die Summen- und Differenzan schlüse der zusammengefaßten Monopuls-Antenneneinspeisung werden über nicht dargestellte Koaxialkabel geleitet. Man erkennt nun, daß dann, wenn die IFF-Schlitzantennenanordnung die in Fig. 1 gezeigte Stellung einnimmt und der Summenanschluß der zusammengefaßten Monopuls-Antenneneinspeisung beaufschlagt wird, ein einziger symmetrischer steuerbarer Richtstrahl erzeugt wird. Die zentrale Nullinie fällt also mit der Mittellinie des einzigen Richtstrahles zusammen, welcher bei Beaufschlagung des Summenanschlusses erzeugt wird. Weiter ist festzustellen, daß mit Bezug auf den Höhenwinkel die erzeugten Richtstrahlen breit sind.From Fig. 1A it can be seen that each antenna element contains a pair of radiator slots 21 a and 21 b, which are provided in a metallic cover plate 23 and are each associated with a resonance cavity 25 , each of the radiator slots 21 a and 21 b with a feed approach couples. Coupling sections are designated in Fig. 2 with 38 a and 38 b. Each of the feed approaches is connected via a strip line to a phase shifter known per se. Control signals for the individual phase shifters are supplied via a cable 29 and high-frequency signals for the sum and difference connections of the combined monopulse antenna feed are conducted via coaxial cables, not shown. It can now be seen that when the IFF slot antenna arrangement assumes the position shown in FIG. 1 and the sum connection of the combined monopulse antenna feed is applied, a single symmetrical controllable directional beam is generated. The central zero line thus coincides with the center line of the only directional beam which is generated when the sum connection is applied. It should also be noted that the directional beams generated are wide with respect to the elevation angle.

Nunmehr sei Fig. 2 der Zeichnung näher betrachtet. Man erkennt, daß Hochfrequenzenergie über einen zur Verbindung zwischen einem Koaxialkabel und einer Streifenleitung dienenden Verbinder 32 an einen Eingangsanschluß 34i eines Streifenleitungs- Hybridkopplers 34 gelegt wird. Der Ausgangsanschluß 34o des Streifenleitungs-Hybridkopplers 34 ist an eine Anpassungsbe lastung 36 angeschlossen. Die Leiterarme 34a und 34b des Streifen leitungs-Hybridkopplers 34 haben in der dargestellten Weise Verbindung zu an sich bekannten, von Streifenleitung zu Streifen leitung wirksamen Viertelwellen-Impedanztransformatoren (Streifenleitungs-Kopplungsabschnitte 38a, 38b), welche auch als Speiseleitungen für die Strahlerschlitze dienen. Die Streifen leitungs-Kopplungsabschnitte 38a und 38b sind ihrerseits mit zur Anpassung dienenden Streifenleitungs-Kompensationsab schnitten 40a bzw. 40b abgeschlossen. Für den Fachmann ist erkennbar, daß die soeben erwähnten Streifenelemente als gedruckte Schaltung auf einer dielektrischen Platte 42l gebildet sind und daß die Streifenleitungsanordnung durch Darüber setzen einer weiteren dielektrischen Platte 42u vervollständigt wird. Auf den freiliegenden Oberflächen der dielektrischen Platten ist eine elektrisch leitfähig Deckschicht 43, bei spielsweise als dünner Kupferbelag, vorgesehen, so daß sich die fertige Streifenleiteranordnung ergibt. In einem Leiterbelag befinden sich rechteckige Aussparungen 44a und 44b, welche mit den Strahlerschlitzen 21a bzw. 21b fluchten. Eine Reihe von Bohrungen, beispielsweise die Bohrungen 46a und 46b, erstrecken sich durch die Streifenleiteranordnung in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise. Die Bohrungen sind jeweils mit elektrisch leitfähigem Material durch Plattierung erfüllt und bewirken so eine Verbindung der elektrisch leitfähigen Deckschichten 43 auf der Oberseite und der Unterseite der Streifenleiteran ordnung. Die plattierten Bohrungen bilden auf diese Weise Kurz schlußverbindungen oder Kurzschlußstifte. Sind die plattierten Bohrungen 46a und 46b im Vergleich zur Wellenlänge der auszu sendenden und zu empfangenden Hochfrequenzenergie verhältnis mäßig klein, so erscheinen sie für diese Hochfrequenzenergie als massive, elektrisch leitfähige Wand. Dies hat zur Wirkung, daß die Streifenleitungs-Kopplungsabschnitte 38a und 38b und die Streifenleitungs-Kompensationsabschnitte 40a und 40b wirkungsgemäß in Resonanzhohlräumen liegen, welche jeweils eine rechteckige Öffnung 44a bzw. 44b aufweisen. Zur Vervollständi gung der Anordnung sind in den Resonanzhohlräumen zwischen Teilen der Streifenleitungs-Kompensationsabschnitte 40a und 40b Abstimmeinrichtungen 48a bzw. 48b vorgesehen. Jede der Abstimm einrichtungen 48a und 48b enthält einen stopfenartigen Körper 48p aus dielektrischem Werkstoff, in welchem exzentrisch ein elektrisch leitfähiger Draht verankert ist. Der dielektrische Körper 48p ist mit Außengewinde versehen, welches dem Innen gewinde eine Kappe oder Muffe 48c entspricht, die wiederum an dem elektrisch leitfähigen Belag 43 befestigt ist.Now, Fig. 2 is considered in more detail to the drawing. It can be seen that high-frequency energy is applied to an input connection 34 i of a strip line hybrid coupler 34 via a connector 32 which serves to connect a coaxial cable and a strip line. The output terminal 34 o of the stripline hybrid coupler 34 is connected to an adaptive load 36 . The conductor arms 34 a and 34 b of the strip line hybrid coupler 34 have in the manner shown connection to known, from strip line to strip line effective quarter-wave impedance transformers (strip line coupling sections 38 a, 38 b), which also serve as feed lines for the Spot slots serve. The strip line coupling sections 38 a and 38 b are in turn with sections serving for adaptation strip line Kompensationsab 40 a and 40 b completed. Those skilled in the art will recognize that the strip elements just mentioned are formed as a printed circuit on a dielectric plate 42 1 and that the strip line arrangement is completed by placing a further dielectric plate 42 u thereover. An electrically conductive cover layer 43 , for example as a thin copper coating, is provided on the exposed surfaces of the dielectric plates, so that the finished stripline arrangement results. There are rectangular recesses 44 a and 44 b in a conductor covering, which are aligned with the radiator slots 21 a and 21 b. A number of bores, for example bores 46 a and 46 b, extend through the stripline arrangement in the manner shown in FIG. 2. The holes are each filled with electrically conductive material by plating and thus cause a connection of the electrically conductive cover layers 43 on the top and bottom of the strip conductor arrangement. The plated holes form short-circuit connections or short-circuit pins in this way. If the plated holes 46 a and 46 b are relatively small compared to the wavelength of the radio frequency energy to be transmitted and received, they appear as a massive, electrically conductive wall for this radio frequency energy. This has the effect that the strip line coupling sections 38 a and 38 b and the strip line compensation sections 40 a and 40 b are effectively in resonance cavities, each having a rectangular opening 44 a and 44 b. To complete the arrangement, tuning devices 48 a and 48 b are provided in the resonance cavities between parts of the strip line compensation sections 40 a and 40 b. Each of the tuning devices 48 a and 48 b contains a plug-like body 48 p made of dielectric material, in which an electrically conductive wire is anchored eccentrically. The dielectric body 48 p is provided with an external thread, which corresponds to the internal thread of a cap or sleeve 48 c, which in turn is attached to the electrically conductive covering 43 .

Man erkennt, daß ohne die Kompensationsabschnitte 40a und 40b und die Abstimmeinrichtungen 48a und 48b die Streifenleiter anordnung und die Strahlerschlitze so ausgelegt und hergestellt werden können, daß sie bei einer einzigen Frequenz im L-Band zufriedenstellend arbeiten. Wenn jedoch, wie im vorliegenden Falle gewünscht wird, daß die Anordnung bei zwei verschiedenen Frequenzen f₁ und f₂ arbeitet, so herrscht eine Impedanzfehl anpassung entweder bei einer der Frequenzen oder bei beiden Frequenzen. Jede Fehlanpassung vermindert selbstverständlich den Wirkungsgrad des IFF-Antennensystems und sollte daher auf einem Minimum gehalten werden.It can be seen that without the compensation sections 40 a and 40 b and the tuners 48 a and 48 b the stripline arrangement and the radiator slots can be designed and manufactured so that they work satisfactorily at a single frequency in the L-band. However, if, as is desired in the present case, that the arrangement works at two different frequencies f 1 and f 2, there is an impedance mismatch either at one of the frequencies or at both frequencies. Any mismatch naturally reduces the efficiency of the IFF antenna system and should therefore be kept to a minimum.

Die Art und Weise, in welcher die Impedanz des Systems der hier vorgeschlagenen Art so eingestellt wird, daß eine Anpassung erzielt wird, läßt sich am besten unter Bezugnahme auf die in Fig. 3 gezeigte Ersatzschaltung erläutern. Man erkennt, daß eine ideale Impedanzanpassung (bei irgendeiner Betriebsfrequenz) zwischen dem Strahlerschlitz 21a und der Kombination der ver bleibenden Bauteile gemäß Fig. 3 erfordert, daß die Impedanz des Strahlerschlitzes das Konjugierkomplexe der effektiven Impedanz der Kombination der verbliebenen Elemente ist. Das bedeutet, daß dann, wenn man von den mit bezeichneten Punkten in beide Richtungen schauend die Schaltung betrachtet, folgende Beziehung für die Impedanz gelten muß:The manner in which the impedance of the system of the type proposed here is adjusted so that an adaptation is achieved can best be explained with reference to the equivalent circuit shown in FIG. 3. It can be seen that an ideal impedance matching (at any operating frequency) between the radiator slot 21 a and the combination of the remaining components according to FIG. 3 requires that the impedance of the radiator slot is the complex conjugate of the effective impedance of the combination of the remaining elements. This means that if you look at the circuit with the points marked with in both directions, the following relationship must apply to the impedance:

R_s±jX_s=R_c±jX_c R _s ± jX _s = R _c ± jX _c

Hierin ist R_s der Widerstand des Strahlerschlitzes 21a. X_s ist die Reaktanz des Strahlerschlitzes 21a. R_c ist der effektive Widerstand der Kombination der übrigen Schaltungselemente gemäß Fig. 3 und X_c ist die effektive Reaktanz der Kombination der verbliebenen Schaltungselemente gemäß Fig. 3.R _{s is} the resistance of the radiator slot 21 a. X _s is the reactance of the radiator slot 21 a. R _c is the effective resistance of the combination of the other circuit elements according to FIG. 3 and X _c is the effective reactance of the combination of the remaining circuit elements according to FIG. 3.

Man erkennt, daß es zur Vereinfachung bei der Errechnung der verschiedenen Parameter der vorstehend genannten Gleichung wünschenswert ist, Leitwerte anstelle der Widerstände und Suspetanzen anstelle der Reaktanzen zu verwenden, so daß man eine Admittanzanpassung anstelle einer Impedanzanpassung unter sucht und anstrebt. Weiter ergibt sich, daß dann, wenn die Resonanzfrequenz (nachfolgend f₀ bezeichnet) des Strahler schlitzes 21a, des nicht näher bezeichneten Resonanzhohlraumes und des Kompensationsabschnittes 40a der Streifenleiter anordnung dieselbe ist und die Betriebsfrequenz, beispiels weise die Frequenz f_e, niedriger als die Frequenz f₀ ist, folgendes gilt:It can be seen that to simplify the calculation of the various parameters of the above equation, it is desirable to use conductance values instead of resistances and suspensions instead of reactances, so that an admittance match instead of an impedance match is sought and sought. It also follows that when the resonance frequency (hereinafter referred to as f₀) of the radiator slot 21 a, the resonance cavity not specified and the compensation section 40 a of the stripline arrangement is the same and the operating frequency, for example the frequency f _e , is lower than that Frequency f₀, the following applies:

a) The impedance of the radiator slot 21 a is inductive and
b) the resulting impedance of the combination of the remaining circuit elements according to FIG. 3 can be either inductive or capacitive.

Wenn andererseits die Betriebsfrequenz, beispielsweise die Frequenz f_h, höher als die Frequenz f₀ ist, so gilt folgendes:On the other hand, if the operating frequency, for example the frequency f _h , is higher than the frequency f₀, the following applies:

a) The impedance of the radiator slot 21 a is capacitive and
b) the resulting impedance of the combination of the remaining circuit elements according to FIG. 3 is either inductive or capacitive.

Ob nun die Impedanz der Kombination aus den verbleibenden Schaltungselementen nach Fig. 3 entweder bei der Betriebs frequenz f_e oder bei der Betriebsfrequenz f_h induktiv oder kapazitiv ist, hängt von der relativen Größe und dem jeweiligen Wirkungssinn (entweder induktiv oder kapazitiv) des Streifenleitungs-Kompensationsabschnittes 40a und des Resonanz hohlraumes in der Modifikation durch die Kopplung zwischen dem Kopplungsabschnitt 38a und dem Resonanzhohlraum ab. Man erkennt also, daß die Lösung des Anpassungsproblems bei den beiden Betriebsfrequenzen f_e und f_h in der Weise anzustreben ist, daß die induktiven und kapazitiven Komponenten in dem Streifen leitungs-Kompensationsabschnitt 40a und der Resonanzhohlraum so bemessen werden, daß bei einer Betriebsfrequenz f_e der resul tierende Scheinwiderstand der beiden genannten Teile kapazitiv und betragsmäßig gleich dem Scheinwiderstand des Strahler schlitzes 21a ist, während bei einer Betriebsfrequenz f_h der resultierende Scheinwiderstand der beiden Schaltungselemente induktiv zu sein hat und betragsmäßig gleich dem Scheinwider stand des Strahlerschlitzes 21a sein muß. Hierzu ist die Kopplung zwischen dem Kopplungsabschnitt 38a und dem Resonanz hohlraum vorliegend als nicht näher bezeichneter Impedanztrans formator ausgebildet. Das Übersetzungsverhältnis dieses Trans formators ist 2 : 1 aufgrund der Tatsache, daß der Resonanz hohlraum so bemessen ist, daß nur die TE₁₀-Welle anregbar ist, während die Streifenleiteranordnung nur die TEM-Wellen zuläßt. Das Impedanzverhältnis des Impedanztransformators ist daher 4 : 1. Das bedeutet, daß die Impedanz des Streifenleitungs- Kompensationsabschnittes 40a von dem Resonanzhohlraum in Richtung auf den Kompensationsabschnitt hin gesehen das Vierfache seines Wertes zu haben scheint.Whether the impedance of the combination of the remaining circuit elements according to FIG. 3 is inductive or capacitive either at the operating frequency f _e or at the operating frequency f _h depends on the relative size and the respective sense of action (either inductive or capacitive) of the stripline. Compensation section 40 a and the resonance cavity in the modification by the coupling between the coupling section 38 a and the resonance cavity. It can thus be seen that the solution to the adaptation problem at the two operating frequencies f _e and f _{h should} be aimed at in such a way that the inductive and capacitive components in the strip line compensation section 40 a and the resonance cavity are dimensioned such that at an operating frequency f _e the resulting impedance of the two parts mentioned capacitively and in terms of amount equal to the impedance of the radiator slot 21 a, while at an operating frequency f _h the resulting impedance of the two circuit elements has to be inductive and in terms of amount equal to the impedance of the radiator slot 21 a must be . For this purpose, the coupling between the coupling section 38 a and the resonance cavity is designed in the present case as an impedance transformer, not specified in any more detail. The transmission ratio of this transformer is 2: 1 due to the fact that the resonance cavity is dimensioned so that only the TE₁₀ wave can be excited, while the stripline arrangement only allows the TEM waves. The impedance ratio of the impedance transformer is therefore 4: 1. This means that the impedance of the stripline compensation section 40a from the resonance cavity towards the compensation section appears to be four times its value.

Sind die Scheinwiderstände der Schaltungsteile ausgeglichen, so muß nun noch zur maximalen Leistungsübertragung dafür Sorge getragen werden, daß der Strahlungswiderstand des Strahler schlitzes 21a und der Realteil des Widerstandes der verbleibenden Schaltungsteile, von den Punkten A-A in Richtung auf den Generator zurückgesehen, gleichgemacht werden. Wie in Fig. 3 dargestellt, ist der Widerstand des Letzteren die charakteristische Impedanz der Streifenleitung zuzüglich dem Widerstand des Streifenleitungs-Kompensationsabschnittes 40a. Der Wider stand des Letztgenannten wiederum ist abhängig von seiner Länge. Anhand von Fig. 2 läßt sich erkennen, daß die Länge dieses Streifenleitungsabschnittes neunzehn 1/4-Wellenlängen lang ist, wie dies erforderlich ist, um die jeweiligen Reak tanzen bei den Frequenzen f_e und f_h zu erzeugen (dabei ist stets zu beachten, daß die Länge des Streifenleitungsabschnittes ein ganzzahliges, ungeradzahliges Vielfaches, vorliegend 19, eines Wellenlängenviertels bei der Frequenz f₀ sein muß). Die geforderte Länge des Streifenleitungsabschnittes wird durch Falten innerhalb des Resonanzhohlraumes erzielt.If the impedances of the circuit parts are balanced, care must now be taken to ensure maximum power transmission that the radiation resistance of the radiator slot 21 a and the real part of the resistance of the remaining circuit parts, looked back from the points AA towards the generator, are made equal. As shown in Fig. 3, the resistance of the latter is the characteristic impedance of the stripline plus the resistance of the stripline compensation section 40 a. The resistance of the latter in turn depends on its length. It can be seen from FIG. 2 that the length of this stripline section is nineteen 1/4 wavelengths, as is necessary in order to produce the respective reactions at the frequencies f _e and f _h (it should always be noted that that the length of the stripline section must be an integer, odd multiple, in the present case 19, of a wavelength quarter at the frequency f₀). The required length of the stripline section is achieved by folding within the resonance cavity.

Der Realteil des Leitwertes und der Blindleitwert des Strahler schlitzes 21a sind von die Dielektrizitätskonstanten des aus füllenden Werkstoffes und von der Länge der metallischen Deck platte 23 abhängig. Es hat sich gezeigt, daß ein Dielektrizi tätskonstante des den Schlitz ausfüllenden Werkstoffes von über 1,0, im vorliegenden Ausführungsbeispiel Aluminiumoxid mit einer Dielektrizitätskonstanten von annähernd 9,3, den Leitwert des Strahlerschlitzes erhöht, so daß eine Impedanzanpassung bei den Frequenzen f_e und f_h mit geringerer Reaktanz erzielt wird, so daß sich eine breitbandige Konstruktion ergibt. Die durch die Schlitzabdeckung eingeführte Suszeptanz kann durch entsprechende Justierung der Reaktanz des Resonanzhohlraumes kompensiert werden.The real part of the conductance and the reactive conductance of the radiator slot 21 a are dependent on the dielectric constant of the filling material and on the length of the metallic cover plate 23 . It has been shown that a dielectric constant of the slot filling material of over 1.0, in the present embodiment aluminum oxide with a dielectric constant of approximately 9.3, increases the conductance of the radiator slot, so that an impedance matching at the frequencies f _e and f _{h is achieved} with a lower reactance, so that there is a broadband construction. The susceptance introduced through the slot cover can be compensated for by appropriately adjusting the reactance of the resonance cavity.

Man erkennt, daß eine ideale Impedanzanpassung bei irgend einer Betriebsfrequenz zwischen dem Strahlerschlitz 21a und der Kombination der verbleibenden Schaltungselemente gemäß Fig. 3 erfordert, daß die von dem nicht näher bezeichneten Generator bei den beiden Betriebsfrequenzen f₁, f₂ angetroffene Impedanz reell ist, d. h., daß sie nur eine kleine oder gar keine Reaktanzkomponente besitzt. Die von dem Generator gemäß Fig. 3 angetroffene Impedanz ist diejenige, welche am Ende des Streifenleitungs-Kopplungsabschnittes 38a, welcher hier als Transformator wirksam ist, festzustellen ist, wenn eine Blick richtung auf die Kombination von Schaltungselementen gemäß Fig. 3 gewählt wird. Wird zunächst der Beitrag des Streifen leitungs-Kompensationsabschnittes 40a bei der Frequenz f₀ (in den Zeichnungen nicht angegeben) in der Mitte zwischen den Frequenzen f₁ und f₂ vernachlässigt, so hat die Impedanz der mehr fach erwähnten Kombination von Schaltungselementen eine große Reaktanzkomponente. Der erste Schritt zur Anpassung besteht darin, daß die Resonanz der genannten Schaltungselementkombi nation auf die Frequenz f₀ in der Bandmitte gelegt wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die Länge des Resonanzhohlraumes durch Verändern der Lage der Abschlußwände des Raumes gegen über dem Strahlerschlitz justiert wird oder indem der Strahler schlitz eine dielektrische Belastung erhält. Der Streifen leitungs-Kompensationsabschnitt 40a dient dann zum Abstimmen der art, daß die Reaktanzkomponenten bei den Frequenzen f₁ und f₂ verschwinden. Eine Optimallänge des genannten Streifenleitungs abschnittes ergab sich praktisch bei 19 Viertelwellenlängen bezogen auf die Mittenfrequenz f₀ mit einer charakteristischen Impedanz von annähernd 94 Ohm. Die bei der Bestimmung der optimalen Auslegung des Streifenleitungs-Kompensationsabschnittes 40a anzustellenden Überlegungen bestehen darin, daß die Reak tanz dieses Abschnittes ausreichen muß, um die Reaktanz der kombinierten Anordnung des Strahlerschlitzes und des Resonanz hohlraumes bei den Frequenzen f₁ und auch f₂ wegzukompensieren. Im allgemeinen ist die Reaktanz des Streifenleitungs- Kompensationsabschnittes 40a folgendermaßen anzugeben:It can be seen that an ideal impedance matching at any operating frequency between the radiator slot 21 a and the combination of the remaining circuit elements according to FIG. 3 requires that the impedance encountered by the generator (not specified) at the two operating frequencies f 1, f 2 is real, ie, that it has little or no reactance component. The impedance encountered by the generator according to FIG. 3 is that which can be ascertained at the end of the strip line coupling section 38 a, which acts here as a transformer, when a view of the combination of circuit elements according to FIG. 3 is chosen. If the contribution of the strip line compensation section 40 a is neglected at the frequency f den (not shown in the drawings) in the middle between the frequencies f₁ and f₂, the impedance of the combination of circuit elements mentioned several times has a large reactance component. The first step in the adjustment is that the resonance of the circuit element combination mentioned nation is placed on the frequency f₀ in the middle of the band. This is achieved in that the length of the resonance cavity is adjusted by changing the position of the end walls of the space relative to the radiator slot or by giving the radiator slot a dielectric load. The strip line compensation section 40 a then serves to tune the art that the reactance components at the frequencies f₁ and f₂ disappear. An optimum length of the stripline section mentioned was found practically at 19 quarter wavelengths with respect to the center frequency f₀ with a characteristic impedance of approximately 94 ohms. The considerations to be made in the determination of the optimal design of the strip line compensation section 40 a are that the reactance of this section must be sufficient to compensate for the reactance of the combined arrangement of the radiator slot and the resonance cavity at the frequencies f 1 and also f 2. In general, the reactance of the strip line compensation section 40 a must be specified as follows:

X_s=-Z₀ cot βlX _s = -Z₀ cot βl

Hierin ist Z₀ die charakteristische Impedanz des Kompensations abschnittes, β=2π/λ (hierin ist λ die Wellenlänge in der Streifenleitung und l die Länge des genannten Abschnittes). Der Aufbau der Streifenleitung und der gegebene Abstand zwischen den Erdungsebenen setzen eine obere Grenze für die charakteristische Impedanz des Streifenleitungs-Kompensationsabschnittes 40a. Wenn die Impedanz dieses Abschnittes zu hoch ist, so ist die Breite zu gering, um in Streifenleitungsbauweise ausgeführt zu werden und die Verluste sind zu groß. Ist die charakteristische Impedanz des Streifenleitungs-Kompensationsabschnittes 40a gewählt, so wird diejenige Länge bestimmt, welche dann den gewünschten Abfall des Scheinwiderstandes ergibt, so daß ein kapazitiver Scheinwiderstand von annähernd 100 Ohm bei einer Frequenz f₁ und ein induktiver Scheinwiderstand von annähernd 100 Ohm bei einer Frequenz von f₂ auftreten.Herein Z ist is the characteristic impedance of the compensation section, β = 2π / λ (here λ is the wavelength in the stripline and l the length of the section mentioned). The structure of the strip line and the given distance between the ground planes set an upper limit for the characteristic impedance of the strip line compensation section 40 a. If the impedance of this section is too high, the width is too small to be of the stripline type and the losses are too great. If the characteristic impedance of the stripline compensation section 40 a is selected, that length is determined which then gives the desired drop in impedance, so that a capacitive impedance of approximately 100 ohms at a frequency f 1 and an inductive impedance of approximately 100 ohms at one Frequency of f₂ occur.

Claims

1. slot antenna arrangement for an identification interrogation system for sending a signal with the frequency f 1 and for receiving a signal with the frequency f 1 in the same frequency band frequency f 2, elements with Antennae, each covering one between two grounded conductors ( 23, 43 ) arranged stripline ( 38 a, 40 a; 38 b, 40 b) and a radiator slot ( 21 a, 44 a; 21 b, 44 b) extending transversely to a coupling section ( 38 ; 38 b) of this strip conductor and provided in one of the conductor linings, as well as with a resonance cavity bounded by at least one of the conductor linings and further conductor walls, characterized in that the conductor covering provided with the radiator slot ( 21 a, 44 a; 21 b, 44 b) and the conductor covering opposite this part of the walls of the resonance cavity ( 25) form, extends into the strip conductor that a at the coupling portion (38 a; 38 b) subsequent strip conductor compensation section ( 40 a; 40 b) runs within the resonance cavity, has a length equal to an odd multiple of a quarter of the wavelength at the center frequency of f₁ and f₂ and its characteristic impedance is selected so that there is essentially adaptation at the stripline input to the resonance cavity in the range of frequencies f₁ and f₂ .

2. Antenna arrangement according to claim 1, characterized by a tuning device ( 48 a; 48 b) in the resonance cavity ( 25 ) with a dielectric, plug-like body ( 48 p) which is rotatably held in the resonance cavity between the grounded conductor pads ( 23 , 43) , and contains an eccentrically arranged in it within the resonance cavity conductor piece.

3. Antenna arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that one of the conductor walls of the resonance cavity ( 25 ) of a row between the grounded conductors covering row of plated holes ( 46 a; 46 b) is formed, between which the strip conductor passes.

4. Antenna arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that with the radiator slot provided a further, parallel, with an associated resonance cavity and strip conductors cooperating radiator slot, which is used for ver application of the antenna arrangement in monopulse mode is powered by a phase shifter.